DE10314724A1 - Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb, insbesondere bei einem Kettenzug, und Kettentrieb hierfür - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb und einen Kettentrieb hierfür, insbesondere ein Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor. DOLLAR A Um ein Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass der Elektromotor (2) über einen elektronischen Dämpfer (8) angesteuert wird, dem als erste Eingangsgröße eine Soll-Drehzahl (n¶Soll¶) und als zweite Eingangsgröße ein Ist-Winkel (PSI¶rad¶) des Kettenrades (5) zugeführt wird und der aus den beiden Eingangsgrößen eine dämpfende Steuergröße errechnet, die dem Elektromotor (2) zur Vergleichmäßigung der Ablaufgeschwindigkeit der Kette (5) von dem polygonalen Kettenrad (4) zugeführt wird. DOLLAR A Der Kettentrieb mit vermindertem Polygoneffekt zeichnet sich dadurch aus, dass dem Elektromotor (2) ein elektronischer Dämpfer (8) vorgeschaltet ist, der eine Steuerung des Elektromotors (2) in der Art bewirkt, dass die Ablaufgeschwindigkeit der Kette (5) von dem polygonalen Kettenrad (4) vergleichmäßigt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb und einen Kettentrieb, insbesondere für ein Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor.
- Aus der deutschen Patentanmeldung
DE 1 531 307 A1 ist ein Kettenzug mit einem elektromotorischen Antrieb bekannt. Der Kettenzug besteht im Wesentlichen aus einem von dem Elektromotor angetriebenen Kettenrad, über das die Kette, insbesondere eine Rundstahlkette, mit einem Lastaufnahmemittel geführt ist. Das Kettenrad ist hierbei als sogenanntes Taschenrad ausgebildet, dessen Taschen die Kettenglieder der Kette zur Übertragung der Hubkräfte formschlüssig aufnehmen. Entsprechend dem Krümmungsverhalten der Kette hat das Kettenrad einen ungleichmäßigen polygonalen Umfang. Dieser polygonale Umfang des Kettenrades bedingt, dass beim Ablauf der Kette von dem Kettenrad der wirksame Radius des Kettenrades sich winkelabhängig ändert und somit die Geschwindigkeit der Kette entsprechend periodisch schwankt. Die periodischen Schwankungen treten somit auch bei konstanter Drehzahl des Elektromotors auf. Damit verbunden sind ein unruhiger Lauf der Kette, eine ständige Schwellbelastung des Kettenzugs und etwaig auftretende störende Resonanzeffekte. - Um die Schwankungen der Ablaufgeschwindigkeit der Kette vom Kettenrad zu verringern, ist bekannt, das an dem Elektromotor angeordnete Abtriebszahnrad und das hiermit kämmende Antriebszahnrad des Kettenrades jeweils in einer von der Kreisform abweichenden Form also unrund auszuführen, um somit dem zuvor beschriebenen Polygoneffekt entgegenwirkend die Drehzahl des Kettenrades schwellen zu lassen.
- Dieses mechanisch wirkende Ausgleichssystem kann nur begrenzt zu einer Vergleichmäßigung der Ablaufgeschwindigkeit einer Kette eines Kettenzugs führen, da es beim Polygoneffekt nur die mathematischen Glieder mit niedriger Ordnung berücksichtigt. Außerdem erfordern diese mechanisch wirkenden Ausgleichssysteme einen erhöhten konstruktiven Aufwand.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe der Erfindung zu Grunde, ein Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb und einen Kettentrieb mit einem minimierten Polygoneffekt zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb, insbesondere bei einem Hebezeug, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch einen Kettentrieb, insbesondere für ein Hebezeug, durch die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 3 und 5 ist der Kettentrieb in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet.
- Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb, insbesondere bei einem Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor, eine optimierte Verminderung des Polygoneffekts dadurch erreicht, dass der Elektromotor über einen elektronischen Dämpfer angesteuert wird, dem als erste Eingangsgröße eine Soll-Drehzahl in Bezug auf das Kettenrad und als zweite Eingangsgröße ein Ist-Winkel in Bezug auf das Kettenrad zugeführt wird und der aus den beiden Eingangsgrößen eine dämpfende Steuergröße errechnet, die dem Elektromotor zur Vergleichmäßigung der Ablaufgeschwindigkeit der Kette von dem polygonalen Kettenrad zugeführt wird.
- Außerdem wird bei einem Kettentrieb, insbesondere für ein Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor, eine Reduzierung der Auswirkungen des Polygoneffekts dadurch erreicht, dass dem Elektromotor ein elektronischer Dämpfer vorgeschaltet ist, der eine Steuerung des Elektromotors in der Art bewirkt, dass die Ablaufgeschwindigkeit der Kette von dem polygonalen Kettenrad vergleichmäßigt wird.
- In vorteilhafter Weise werden durch den elektronischen Dämpfer ein ruhiger Lauf der Kette, eine geringere Schwellbelastung des Kettenzugs und kaum auftretende störende Resonanzeffekte erreicht. Der elektronische Dämpfer kann besonders vorteilhaft an eine Veränderung der Dämpfungsparameter angepasst werden.
- Besonders vorteilhaft ist, dass dem elektronischen Dämpfer als erste Eingangsgröße eine Soll-Drehzahl des Kettenrades und als zweite Eingangsgröße ein Ist-Winkel des Kettenrades zugeordnet ist. Bevorzugt wird am Kettenrad ein Sensor in Form eines Impulsgebers zur impulsweisen Ermittlung des Ist-Winkels angeordnet, von dem pro Kettenradumdrehung mindestens ein winkelsynchroner Impuls erzeugt wird. Die augenblickliche Winkellage wird dann durch Interpolation zwischen 2 aufeinander folgenden Impulsen bestimmt.
- Der elektronische Dämpfer ist vorzugsweise als Vorsteuerglied ausgebildet, welches Bestandteil eines offenen Regelkreises ist. Diese Lösung ist gegenüber einem auch möglichen geschlossenen Regelkreis mit einem Zustandsregler weniger aufwendig.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kettenzug mit einem elektronischem Dämpfer und -
2 ein Kraft-Zeit-Diagramm der polygonerregten Kettenschwingung eines erfindungsgemäßen Kettenzugs und -
2 ein Kraft-Zeit-Diagramm der polygonerregten Kettenschwingung eines Kettenzugs nach dem Stand der Technik, - Die
1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kettentriebs in Anwendung für einen Kettenzug1 , von dem schematisch ein Elektromotor2 , ein mit dessen nicht dargestellter Abtriebswelle verbundenes Getriebe3 und ein mit dessen wiederum nicht dargestellter Abtriebswelle verbundenes Kettenrad4 zu erkennen sind. Das Kettenrad4 ist in herkömmlicher Weise als Taschenrad mit einem polygonalen Umfang für die Aufnahme der relativ zueinander verschwenkbaren Kettenglieder der Kette5 ausgebildet. An dem unteren Ende der als Rundstahlkette ausgebildeten Kette5 hängt eine schematisch dargestellte Last6 . - Der Elektromotor
2 wird über eine Leistungs-Endstufe7 mit Energie versorgt. Dieser Leistungs-Endstufe7 ist ein elektronischer Dämpfer8 vorgeschaltet, dessen Aufgabe es ist, den Elektromotor2 über die Leistungs-Endstufe7 so zu steuern, dass der durch die über das Kettenrad4 ablaufende Kette5 hervorgerufene Polygoneffekt minimiert wird. Dies geschieht durch eine dem Polygoneffekt entgegenwirkende schwellende Drehzahländerung des Kettenrades4 . Hierzu wird der elektronische Dämpfer8 mit der Soll-Drehzahl nSoll als erste Eingangsgröße versorgt. Als weitere Eingangsgröße dient der Ist-Winkel Ψrad des Kettenrades4 , die im vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem Kettenrad4 oder wahlweise an dem Elektromotor2 oder dem Getriebe3 über einen Sensor in Form eines Impulsgebers9 abgegriffen wird. Der Impulsgeber9 kann optisch-, magnetisch- oder induktivwirkend sein, von dem pro Umdrehung des Kettenrads4 mindestens ein winkelsynchroner Impuls erzeugt wird. Die augenblickliche Winkellage Ψrad wird dann durch Interpolation zwischen 2 aufeinander folgenden Impulsen bestimmt. Grundsätzlich ist es auch möglich, den Polygoneffekt über andere vorzugsweise leichter erfassbare Größen, wie beispielsweise den Strom des Motors2 zu bestimmen. - Der elektronische Dämpfer
8 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Vorsteuerglied ausgebildet, in dem die zweite Eingangsgröße der Ist-Winkel Ψrad über eine mathematische Funktion Y • (Ψrad) höherer Ordnung in einen Korrekturwert für die erste Eingangsgröße die Soll-Drehzahl nSoll umgerechnet wird und in dem Summationspunkt mit der Soll-Drehzahl nSool überlagert wird. In der mathematischen Funktion werden insbesondere die geometrischen Verhältnisse des Kettenrades4 und die jeweils aktuelle Winkelstellung Ψrad des Kettenrades4 verarbeitet. Auch können in der mathematischen Funktion Korrekturfaktoren aufgenommen und leicht verändert werden. Hierdurch sind beispielsweise eine Veränderung der Amplitude der Dämpfung oder eine Phasenverschiebung zur Berücksichtigung von Totzeiten, die durch Trägheiten oder Spiel im Kettentrieb bedingt sind, einfach möglich. Als Ausgangsgröße liefert der elektronische Dämpfer8 somit wieder eine Sollgröße n* Sool als Eingangsgröße für die Leistungs-Endstufe7 . Grundsätzlich wäre es auch möglich, den elektronischen Dämpfer8 als Zustandsregler auszubilden und somit einen geschlossenen Regelkreis im Gegensatz zu dem Regelkreis mit dem vorbeschriebenen Vorsteuerglied zu bilden. - In der
2 ist ein Kraft-Zeit-Diagramm der polygonerregten Kettenschwingung eines Kettenzugs nach dem Stand der Technik gezeigt. Im Vergleich hierzu ist in der3 ein Kraft-Zeit-Diagramm der polygonerregten Kettenschwingung eines erfindungsgemäßen Kettenzugs dargestellt. Es ist ersichtlich, dass über die in der x-Achse dargestellte Zeit von 0 bis etwa 11 s, in der versuchsweise ein Hebevorgang einer Last durchgeführt wird, die Schwankungsbreite der auf der y-Achse aufgetragenen Kettenkraftamplitude von bis zu etwa ± 700N durch den erfindungsgemäßen elektronischen Dämpfer8 bis auf etwa ± 70N reduziert werden kann. Hierdurch wird ein ruhiger Lauf der Kette und eine geringere Schwellbelastung des Kettenzugs erreicht. -
- 1
- Kettenzug
- 2
- Elektromotor
- 3
- Getriebe
- 4
- Kettenrad
- 5
- Kette
- 6
- Last
- 7
- Leistungs-Endstufe
- 8
- elektronischer Dämpfer
- 9
- Impulsgeber
- Ψrad
- Ist-Kraft
- nSool
- Soll-Drehzahl
- n* Sool
- Dämpfende Steuergröße
Claims (5)
- Verfahren zum Vermindern des Polygoneffekts bei einem Kettentrieb, insbesondere bei einem Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (
2 ) über einen elektronischen Dämpfer (8 ) angesteuert wird, dem als erste Eingangsgröße eine Soll-Drehzahl (nSool) des Kettenrades (5 ) und als zweite Eingangsgröße ein Ist-Winkel (Ψrad) des Kettenrades (5 ) zugeführt wird und der aus den beiden Eingangsgrößen eine dämpfende Steuergröße errechnet, die dem Elektromotor (2 ) zur Vergleichmäßigung der Ablaufgeschwindigkeit der Kette (5 ) von dem polygonalen Kettenrad (4 ) zugeführt wird. - Kettentrieb, insbesondere für ein Hebezeug, mit einer über ein polygonales Kettenrad geführten Kette und mit einem auf das Kettenrad wirkenden Elektromotor, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Elektromotor (
2 ) ein elektronischer Dämpfer (8 ) vorgeschaltet ist, der eine Steuerung des Elektromotors (2 ) in der Art bewirkt, dass die Ablaufgeschwindigkeit der Kette (5 ) von dem polygonalen Kettenrad (4 ) vergleichmäßigt wird. - Kettentrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem elektronischer Dämpfer (
8 ) als erste Eingangsgröße eine Soll-Drehzahl (nSool) des Kettenrades (4 ) und als zweite Eingangsgröße ein Ist-Winkel (Ψrad) des Kettenrades (4 ) zugeordnet ist. - Kettentrieb nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Kettenrad (
4 ) ein Sensor in Form eines Impulsgebers (9 ) zur impulsweisen Ermittlung des Ist-Winkels (Ψrad) angeordnet ist. - Kettentrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Dämpfer (
8 ) als Vorsteuerglied ausgebildet ist.
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